Nuove scoperte sui genomi fungini: 16 cromosomi e nuclei

I genomi sono l’insieme completo delle informazioni necessarie per la costruzione e il mantenimento di un organismo vivente. Questi genomi fungono da progetti figurativi della vita stessa e, negli eucarioti, sono custoditi all’interno dei nuclei cellulari, organizzati in strutture chiamate cromosomi. Gli eucarioti comprendono una vasta gamma di organismi, tra cui piante, animali, funghi e numerosi microbi, tutti caratterizzati dalla presenza di cellule dotate di un nucleo avvolto da una membrana. Ad esempio, il genoma umano è composto da 23 cromosomi, ognuno dei quali contiene una parte fondamentale del codice genetico. Comprendere la struttura e la funzione dei genomi è cruciale per la biologia moderna e per le applicazioni in biotecnologia e medicina.

La complessità dei genomi eucarioti

Fino a tempi recenti, si credeva che ogni nucleo cellulare contenesse un set completo di cromosomi, seguendo la regola “un nucleo, un genoma completo”. Tuttavia, ricerche recenti hanno messo in discussione questa convinzione, rivelando che in alcune specie fungine i loro genomi possono essere distribuiti tra più nuclei. In questo contesto, è importante considerare le seguenti osservazioni:

• In alcune specie fungine, i nuclei possono contenere solo una frazione dei cromosomi totali.
• Questa distribuzione può influenzare la riproduzione e la variabilità genetica.
• Le scoperte recenti hanno aperto nuove strade per la ricerca genetica e la comprensione della biologia cellulare.

Queste scoperte hanno importanti implicazioni per la nostra comprensione della genetica e della biologia cellulare, suggerendo che la diversità genetica possa essere più complessa di quanto precedentemente pensato. La ricerca continua a rivelare nuovi aspetti della genetica e della biologia dei funghi, contribuendo a una comprensione più profonda delle dinamiche cellulari.

Scoperte sorprendenti nel nostro laboratorio

Il nostro laboratorio presso l’Università della Columbia Britannica si è concentrato sul fungo Sclerotinia sclerotiorum, un noto patogeno del suolo responsabile del marciume del fusto e della muffa bianca in diverse colture, tra cui colza, soia e girasole. Nonostante il suo significativo impatto sulle coltivazioni commerciali, la genetica e la biologia cellulare di S. sclerotiorum rimangono poco comprese. Durante le nostre indagini, abbiamo fatto una scoperta sorprendente riguardo all’organizzazione dei suoi 16 cromosomi durante la divisione cellulare e il processo riproduttivo. Questa scoperta ha rivelato che le spore, denominate ascospore, presentano una peculiarità: ciascuna di esse contiene due nuclei distinti, il che solleva interrogativi sulla loro funzione e sulla loro evoluzione.

Un modello di distribuzione irregolare

La questione successiva che ci siamo posti è se i 16 cromosomi siano distribuiti in modo casuale tra i due nuclei o se questa suddivisione segua un modello regolare. Per rispondere a questa domanda, abbiamo isolato nuclei individuali e analizzato quali cromosomi fossero presenti attraverso la reazione a catena della polimerasi (PCR). I risultati hanno rivelato una variazione nella composizione cromosomica tra i nuclei, suggerendo che la distribuzione dei cromosomi avvenga in modo irregolare. Questa scoperta ha importanti implicazioni per la comprensione della genetica dei funghi e potrebbe influenzare le strategie di controllo dei patogeni delle piante.

Incuriositi da queste scoperte, abbiamo deciso di esplorare se un fenomeno simile si verificasse in altre specie fungine. Botrytis cinerea, un altro fungo patogeno delle piante appartenente alla stessa famiglia di S. sclerotiorum, produce spore conidiali che tipicamente contengono da quattro a sei nuclei. Attraverso metodologie analoghe, abbiamo scoperto che i 18 cromosomi presenti nel genoma di B. cinerea sono anch’essi distribuiti tra i nuclei, suggerendo che la suddivisione del genoma aploide tra i nuclei non sia un fenomeno isolato, ma piuttosto una caratteristica comune a più funghi patogeni delle piante.

Implicazioni per la ricerca futura

L’osservazione che i genomi aploidi di S. sclerotiorum e B. cinerea siano divisi tra nuclei solleva interrogativi su come questa separazione influisca sul ciclo vitale del fungo. Per generare la prossima generazione, questi organismi devono riformare una cellula diploide contenente l’intero insieme di cromosomi, da cui possono derivare nuove ascospore. Presumibilmente, questo processo richiede la fusione di nuclei con cromosomi complementari per ricomporre il genoma. Ma come possono questi funghi garantire che i nuclei corretti si uniscano? Una spiegazione plausibile potrebbe essere quella di una selezione della vitalità: i nuclei potrebbero fondersi in modo casuale, ma solo quelli con un genoma completo sarebbero in grado di produrre ascospore vitali. Tuttavia, questo approccio sembra inefficiente e potrebbe non spiegare completamente il fenomeno osservato.

Un’ipotesi più intrigante suggerirebbe l’esistenza di una struttura o di un meccanismo che mantiene insieme i nuclei complementari dopo la divisione iniziale, facilitando la loro ricomposizione nel ciclo vitale del fungo. Ci auguriamo che le nostre future ricerche possano fornire risposte a queste affascinanti domande e contribuire a una comprensione più profonda delle dinamiche fondamentali dei nuclei e dei loro genomi. Un miglioramento in questo campo potrebbe portare a rivoluzioni straordinarie nell’editing genetico, consentendo ai ricercatori di manipolare cromosomi e nuclei con maggiore precisione.

Xin Li, Professore di Botanica, Università della Columbia Britannica; Edan Jackson, Dottorando in Botanica, Università della Columbia Britannica; Josh Li, Studente di Master in Medicina, Università della Columbia Britannica. Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.